به اینترنت کوانتومی نزدیک می‌شویم!

فیزیکدانان از یک تکنیک خاص برای کمک به عبور فوتون‌ها از فیبرهای نوری استاندارد استفاده کردند.فیزیکدانان در چین یک ارتباط کوانتومی مرموز بین ذرات، به نام درهم‌تنیدگی، بر فراز ده‌ها کیلومتر فیبر نوری استاندارد ایجاد کردند و یک رکورد جدید ایجاد کردند. این پیشرفت یک گام بلند به سوی یک اینترنت مکانیک کوانتومی کامل است - گرچه هنوز سال‌ها از رسیدن به چنین شبکه‌ای دور هستیم. دیوید اوشالوم، فیزیکدان دانشگاه شیکاگو می‌گوید: «موفقیت از یک پیشرفت خاص ناشی نمی‌شود، بلکه از اجرای دقیق تکنیک‌های چندگانه سرچشمه می‌گیرد.» او می‌گوید: «من بسیار تحت‌تاثیر قرار گرفتم که آن‌ها این فن‌آوری‌های مختلف را در یک سیستم کامل ادغام کرده‌اند. این یک کار زیبا است.»لینک‌های درهم‌تنیده حالت‌ عجیبی از اشیا مکانیکی کوانتومی کوچک را به هم پیوند می‌دهد. به عنوان مثال، یک ماده می‌تواند در جهت عقربه‌های ساعت یا در خلاف جهت عقربه‌های ساعت بچرخد، اما یک اتم می‌تواند همزمان در هر دو جهت بچرخد - حداقل تا زمانی که اندازه‌گیری شود و حالت دو طرفه به یکی از دو جهت فروریخته شود. دو اتم را می‌توان به گونه‌ای درهم بست که هر کدام در یک حالت دو طرفه نامشخص باشند، اما چرخش آن‌ها به طور قطعی در جهات مخالف هم‌بسته است. بنابراین اگر فیزیکدانان اولین اتم را اندازه بگیرند و آن را در جهت عقربه‌های ساعت بپیچند، می‌دانند که اتم دیگر باید در جهت خلاف جهت عقربه‌های ساعت بچرخد، مهم نیست چقدر از آن دور باشد.این درهم‌تنیدگی می‌تواند کلید یک اینترنت کاملا کوانتومی باشد که اجازه می‌دهد کامپیوترهای کوانتومی آینده با یکدیگر ارتباط برقرار کنند و در برابر هک شدن مصون باشند. اگر هکرها ارتباط را خراب کنند، این آشفتگی را از بین می‌بردند و حضور خود را آشکار می‌کنند. شرکت‌های مختلف در حال حاضر سیستم‌هایی را می‌فروشند که پیام‌هایی را به حالت‌های کوانتومی نور می‌فرستند که تا حد زیادی غیر قابل هک هستند. اما برای استفاده از چنین لینک‌هایی، اطلاعات باید در هر گره شبکه که به طور بالقوه آسیب‌پذیر است، رمزگشایی شوند. در یک اینترنت کوانتومی، هر گره می‌تواند با هر گره دیگری درگیر شود، بنابراین پیام بین آن‌ها نمی‌تواند در گره‌های میانی رمزگشایی شود.اما توسعه دهندگان باید برای اولین بار در مسافت‌های طولانی‌تر درگیر شوند. پیش از این، محققان درهم‌تنیدگی دو بیت ماده را در فاصله بیش از ۱.۳ کیلومتر فیبر نوری نشان داده بودند. در حال حاضر، ژیائو - هوی‌بائو، جیان - وی‌پن، و همکارانش در دانشگاه علوم و فن‌آوری چین، پکن، در حالی که این هفته در Nature گزارش می‌دهند، درهم‌تنیدگی خود را بر روی پیوندهای فیبر نوری تا ۵۰ کیلومتر نشان داده‌اند.جزئیات گیج‌کننده هستند، اما ایده اولیه آزمایش نسبتا ساده است. محققان با دو ایستگاه یک‌سان در یک آزمایشگاه شروع می‌کنند که هر کدام حاوی ابری از اتم‌های روبیدیوم هستند. آن‌ها هر ابر را با لیزر تحریک می‌کنند و فوتون تولید می‌کنند که پلاریزاسیون آن، که می‌تواند پیچ در جهت عقربه‌های ساعت یا خلاف جهت عقربه‌های ساعت باشد، با حالت درونی ابر گره خورده‌است. سپس فوتون‌ها را از دو رشته نوری موازی به ایستگاه سوم در آزمایشگاه دیگری در ۱۱ کیلومتری ارسال می‌کنند، جایی که فوتون‌ها به گونه‌ای تعامل می‌کنند که بلافاصله از اتصال درهم‌تنیدگی اصلی به دو ابر اتمی دور دست عبور می‌کند.برای این کار، فیزیکدانان از این واقعیت استفاده می‌کنند که طبق مکانیک کوانتومی، اندازه‌گیری می‌تواند بر وضعیت جسم اندازه‌گیری شده تاثیر بگذارد. در آزمایشگاه مقصد، فیزیکدانان یک اندازه‌گیری از قطبیدگی فوتون‌ها را تنظیم می‌کنند، که حتی با وجود اینکه فوتون‌ها را مصرف می‌کند، آن‌ها را به یک حالت درهم و برهم خاص با احتمال ۲۵٪ نشان می‌دهد. برای آن آزمایش‌ها، اندازه‌گیری فورا پیچیدگی را به ابر اتم باز می‌گرداند. محققان نوعی از آزمایش را انجام دادند که ارتباط را از ۲۲ کیلومتر به ۵۰ کیلومتر گسترش داد، اگرچه فیبرها در قرقره پیچیده شدند.پان می‌گوید: برای انجام آزمایش، تیم باید چند عنصر را درست دریافت می‌کرد. مانع اصلی، جلوگیری از جذب فوتون‌ها در فیبر نوری بود. برای انجام این کار، پان و همکارانش از پالس لیزری دیگر و وسیله‌ای به نام موج‌بر برای کشش طول‌موج فوتون به میزان ۶۰٪ برای انتقال از یک فیبر نوری استاندارد استفاده کردند. در عین حال، محققان زندگی را برای خودشان آسان‌تر کردند زیرا ابرهای اتم‌ها در واقع کم‌تر از ۱ متر از هم فاصله داشتند و صرفا توسط یک فیبر نوری بلند به هم متصل شده بودند. این نزدیکی، همزمانی آزمایش را به طور قابل‌توجهی ساده‌تر کرد. بنابراین، به گفته رونالد هانسون، فیزیکدان دانشگاه تکنولوژی دلفت، که این تلاش اولیه را رهبری کرد، رکورد اتصال ذرات با مقیاس اتمی که تا ۱.۳ کیلومتر از هم جدا شده‌اند، هنوز پابرجاست.با این حال، هانسون می‌گوید، این آزمایش مهم است، زیرا برای یک شبکه، پیوند راه‌اندازی حدود نیمی از عنصر اصلی است که یک تکرار کننده کوانتومی نامیده می‌شود. یک تکرار کننده از دو سیستم تشکیل می‌شود، مانند سیستمی که در آزمایش در انتها قرار داده شده‌است. هنگامی که فیزیکدانان ابرهای اتم را در انتهای هر سیستم به هم وصل کردند، می‌توانستند اندازه‌گیری‌های بیشتری بر روی ابرهای میانی انجام دهند که این درهم‌تنیدگی را با ابرهای درهم‌تنیده عوض کنند و این درهم‌تنیدگی را تا دو برابر گسترش دهند. هانسون می‌گوید: «این آزمایش گام بزرگی به سوی یک تکرار کننده کوانتومی است.»هانسون می‌گوید: «لازم است قبل از اینکه بتوان از آن برای ایجاد یک تکرارکننده کوانتومی استفاده نمود، جنبه‌های متعددی از این کار بهبود یابد. به طور خاص، ابرهای اتم هنوز حالت‌های کوانتومی ظریف خود را به اندازه کافی نگه نمی‌دارند تا ارتباط چندگانه مورد نیاز در یک تکرار کننده کوانتومی را ممکن سازند. پان موافق است اما می‌گوید که گروه او بر روی آن کار می‌کند و خواستار صبر است. «من فکر می‌کنم یک شبکه کوانتومی واقعی حداقل ۱۰ سال با ما فاصله دارد.»چاپ‌شده در: مجله Science به تاریخ ۱۳ فوریه ۲۰۲۰نویسنده: Adrian Choلینک مقاله اصلی: https://www.sciencemag.org/news/2020/02/quantum-internet-closer-physicists-stretch-spooky-link-between-atomsاین مقاله توسط مترجم هوشمند مقالات علمی و به صورت خودکار و با حداقل بازبینی انسانی ترجمه شده و می‌تواند به صورت محدود دارای اشکالات ترجمه باشد.